眼底照相机自动调焦算法

基于眼底图像成像原理及特征,提出一种结合自动调焦窗口选择的眼底照相机自动调焦方法.根据改进阈值的局部信息熵调焦窗口选择算法实现调焦窗口的初步定位,按照多方向步进算法实现调焦窗口的最终定位.针对眼底图像对比度低的问题,结合区域对比度的清晰度评价函数与梯度向量平方函数的特点提出眼底图像清晰度评价函数.实验结果显示,提出的自动调焦窗口选择算法可以保证调焦窗口的稳定性及准确性,针对低对比度眼底图像的清晰度评价函数具有更好的灵敏度.     

角膜地形图仪中实时图像检测EI北大核心CSCD

为实现角膜地形图仪中实时图像检测,找到一种图像清晰度评价函数对实时角膜图像进行快速、稳定、精确的判别至关重要。基于角膜地形图仪中光学成像系统,分析系统离焦对图像清晰度的影响,并提出一种关于图像清晰度的评价方法。该方法选择拉普拉斯函数作为全局图像粗调的评判参数,通过霍夫圆变换及亚像素边缘检测来确定图像的中心点,并采用Sobel算子与Canny算子相结合的边缘检测方法根据中心点找出最清晰边缘,从而实时获得最清晰的角膜图像。实验表明,该方法具有很好的稳定性和抗噪性,能够准确、有效地评价角膜图像的清晰度,可用于角膜地形图仪中实时图像的精准检测。     

改进的非接触式在线掌纹识别模拟系统

为了保证非接触式掌纹识别系统所采集的掌纹图像清晰度能够满足识别要求,缩短用户的测试时间,建立了图像清晰度与掌纹错误识别率的关系模型,并实现改进的非接触式在线掌纹识别模拟系统.引入图像清晰度评价函数,建立图像清晰度函数与物距(手与镜头的距离)之间的关系模型;进一步建立图像清晰度与该清晰度下掌纹识别系统错误识别率的关系模型...     

角膜地形图仪中实时图像检测

为实现角膜地形图仪中实时图像检测,找到一种图像清晰度评价函数对实时角膜图像进行快速、稳定、精确的判别至关重要。基于角膜地形图仪中光学成像系统,分析系统离焦对图像清晰度的影响,并提出一种关于图像清晰度的评价方法。该方法选择拉普拉斯函数作为全局图像粗调的评判参数,通过霍夫圆变换及亚像素边缘检测来确定图像的中心点,并采用Sobel算子与Canny算子相结合的边缘检测方法根据中心点找出最清晰边缘,从而实时获得最清晰的角膜图像。实验表明,该方法具有很好的稳定性和抗噪性,能够准确、有效地评价角膜图像的清晰度,可用于角膜地形图仪中实时图像的精准检测。     

基于单目视觉边缘频谱的散焦图像测距算法研究

为了实现基于单目相机的弱或无表面纹理特征目标精确测距,提出了一种基于保留边缘频谱信息的改进散焦图像测距算法。通过对比以傅立叶变换和拉普拉斯变换为计算核心的两种经典散焦测距理论,构建相应的清晰度评价函数,根据灵敏度更好的频谱清晰度函数选择基于频谱的散焦测距法,并根据频谱清晰度函数在保留目标边缘信息的基础上选择频域计算范围,从而进行测距。为验证算法的可行性,本文采用6组不同的鸭蛋样本,获取不同光圈、不同距离的散焦图像,利用该改进算法求解鸭蛋到相机镜头的距离。实验结果表明,基于边缘频谱保留的散焦图像测距改进算法具有良好的测距效果,相关系数为0.986,均方根误差为11.39 mm,并发现对于斜放拍摄的鸭蛋图像进行图像旋转处理后,可有效地提升测距能力,均方根误差从11.39 mm下降至8.76 mm,平均相对误差从2.85%下降至2.28%,相关系数提升至0.99。基本满足了弱或无表面纹理特征目标测距的稳定、精度等要求。     

显微标本无损分析仪的研究

将传统光学显微镜和CCD、计算机相结合,实现对标本的无损显微观察.在介绍系统硬件组成的同时,着重说明了图像清晰度评价与图片重建的核心算法,并用VC++加以验证和实现.清晰度评价函数采用自行设计的类灰度方差算法,即采用图像的灰度值方差作为图像的清晰度.无损显微分析仪通过精密位置控制机械结构上下移动载物台,采集样本和显微物镜在不同距离时的多幅局部清晰的图像,通过清晰度评价算法找到满足清晰度要求的局部图像,再对多个清晰的局部图像进行合成,得到清晰的整体图像.     

免散瞳眼底照相机中粗精结合自动聚焦方法

自动聚焦是免散瞳眼底照相机的一项关键技术,在分析眼底照相机成像原理及眼底图像特点的基础上,提出了一种应用于免散瞳眼底照相机的粗精结合自动聚焦方法。提出结合眼底图像视场特点的内接正方形固定聚焦窗口选择方法,并结合Robert梯度函数实现粗聚焦。采用基于局部信息熵的自动聚焦窗口选择算法得到精聚焦中的聚焦窗口,并提出基于9pixel×9pixel尺寸泽尼克正交矩的图像清晰度评价函数实现精聚焦。实验结果表明该方法中基于内接正方形的固定聚焦窗口选择方法具有更好的稳定性,精聚焦中的图像清晰度评价函数具有更高的灵敏度与实时性。     

基于成像清晰度函数的非球面反射镜位置校正实验研究

在具有双曲面、抛物面或椭圆面反射镜的成像光学系统中,反射镜的位置误差通常具有对成像质量影响灵敏的特点.因此,在该类光学系统装调或工作过程中反射镜位置存在误差时需要对该反射镜进行精确调整.目前,反射镜位置校正的方法多基于对系统波前误差的测量,从而判断其位置误差.然而在系统工作过程中可能无法进行光学系统的波前测量,或者需要复杂的光学系统才能实现波前误差的测量.本文以焦平面图像清晰度作为评价函数,采用随机并行梯度下降算法对反射镜位置进行调整,使系统成像质量达到最佳.针对迭代过程中反射镜位置发生变化时图像偏离探测器靶面而无法探测的问题,本文采用了一种反射镜垂直光轴平移和旋转相结合的调整方法.在保证图像位置不变化的条件下对系统像差进行校正.室内实验验证了该方法具有可行性,校正后的成像质量达到衍射极限.     

基于区域对比度的图像清晰度评价算法

高效、准确的图像清晰度评价是实现自动调焦的关键。在分析了现有图像清晰度评价方法优缺点的基础上,提出了一种基于图像区域对比度的清晰度评价新方法,建立和分析了评价函数的数学模型,并对航空摄像机采集的系列图像进行实验和仿真。与其他算法比较的结果表明:该方法具有精确度高、对比度明显等优点,能够应用于实际的图像清晰度评价和自动对焦中,克服了单纯依靠计算灰度差带来的不足,具有较高的实用性和可靠性。     

基于变形镜本征模式的空间光学遥感器波前误差校正方法研究

提出采用基于变形镜(DM)本征模式的自适应光学波前误差校正方法校正高分辨率空间光学遥感器的在轨波前误差。该方法利用变形镜各致动器的影响函数得到一组符合导数正交关系的变形镜本征模式,以图像功率谱密度在低频区域的积分和为评价函数,根据本征模式系数与评价函数之间的关系直接求解出各阶模式所需的校正量。利用实测的37单元变形镜的影响函数得到变形镜本征模式,基于该模式对泽尼克像差进行了开环和闭环仿真校正,定量分析了相位偏置和图像频率范围对算法精度的影响。针对遥感器主镜镜面热变形误差给出了仿真校正结果,分析了图像噪声和不同遥感图像对算法校正精度的影响。仿真结果表明基于变形镜本征模式的自适应光学校正方法可以有效校正波前误差,算法收敛速度快,对图像噪声和内容不敏感,适合用于空间光学遥感器的波前误差校正。     

Iterative autofocusing strategy for axial distance error correction in ptychography

The axial distance error can degrade the quality and resolution of the image reconstructed by ptychography. An iterative autofocusing method is proposed to correct the axial distance error. Based on the Fresnel integral theory, an axial distance error model is established to present the effect of the axial distance error on the recovered image. The information of the retrieved image is chosen to calculate the axial distance by autofocusing algorithm. The calculated distance is used to replace the axial distance and applied for the image reconstruction. When the calculated axial distance reaches the convergence, the distance can be accurately obtained that can be used to enhance the quality and resolution of the reconstructed image. Simulations and experiments have been conducted to verify the performance of the proposed method.     

矩形靶标测试CCD相机调制传递函数的研究

利用矩形靶标测量CCD相机的整机调制传递函数时,由于靶标与CCD像元之间存在初始角度误差与初始位置误差,实验测得的调制传递函数小于CCD相机实际调制传递函数。根据调制传递函数的定义,模拟CCD对具有初始角度误差与初始位置误差的矩形靶标成像,推导出了CCD像元的亮度分布公式,从而给出了调制度与初始角度误差和初始位置误差的关系,并分别对具有初始角度差、初始位置差的情况进行分析。最后利用像元间的亮度差推导出计算初始角度误差的理论公式并进行了仿真验证。     

相移同轴无透镜傅里叶数字全息的分析与实验

应用菲涅耳衍射和全息理论，详细分析了无透镜傅里叶变换数字全息图的记录、再现方法和再现像的特点，分析了相移数字全息图的记录和再现方法，并进行了相应的实验验证。结果表明：直接对无透镜傅里叶数字全息图进行傅里叶逆变换可同时得到与物体完全相同的再现像及其共轭像；同轴无透镜傅里叶数字全息术能最大程度满足CCD对采样条件的要求，从而可以增大记录物体的尺寸，减小记录距离，明显提高再现像的清晰度和分辨率；相移数字全息术能有效地消除数字再现光场中的零级光场和共轭像，显著提高再现像的信噪比。条件许可时，相移同轴无透镜傅里叶数字全息术是目前解决数字全息术中再现像的分离与满足采样条件之间矛盾的最佳方法。     

Numerical reconstruction in in-line digital holography by translation of CCD position and gradient operator method

We propose an approach based on axial translation of a charge-coupled device (CCD) and gradient operator method for numerical reconstruction in in-line digital holography. The object wave in the hologram (or CCD) plane is determined using one position translation of CCD, and a phase-shifting device can be fully avoided. Gradient operator method is further applied to detect the focal plane of an object, and the object wave is reconstructed by an angular spectrum algorithm with the detected focal distance. The feasibility and effectiveness of the proposed method are demonstrated by numerical simulations.     

基于区域分割和Counterlet变换的图像融合算法

提出了一种基于区域分割和Contourlet变换的图像融合算法。首先,对各源图像做区域分割,并利用区域能量比和区域清晰比的概念来度量和提取区域信息;然后,对各源图像进行多尺度非子采样Contourlet分解,分解后的高频部分采用绝对值取大算子进行融合,低频部分则采用基于区域的融合规则和算子进行融合;最后进行重构得到融合图像。对红外与可见光图像进行了融合实验,并与基于像素的àtrous小波变换和Contourlet变换的融合效果进行了比较。结果表明,采用本文算法的融合图像既保留了可见光图像的光谱信息,又继承了红外图像的目标信息,其熵值高于基于像素的融合方法约10%,交叉熵仅为基于像素的融合方法的1%左右。     

基于已知球面波前的Hartmann-Shack传感器结构参量标定

微透镜阵列到CCD的距离是影响Hartmann-Shack波前探测器精度的主要装配误差之一。对该平移装配误差的修正,能够有效减小波前探测误差。理论求解了球面波前通过微透镜引起的子孔径光斑质心移动量与波前探测器结构参数之间的关系,借助该关系能够求出微透镜到CCD之间的实际距离,以其改进波前斜率的计算。实验验证了理论推导的合理性,并对实际装配参数进行标定,得实际距离为24.2 mm。利用标定后的参数重建波前,其相对误差减小20.4%。实验表明该标定方法能够有效提高波前传感器测量准确性。     

单色CCD记录多波长数字全息图及再现像彩色显示

对多波长数字全息图的记录和再现像的彩色显示问题进行了研究.从菲涅耳近似算法出发,对在记录距离一定情况下,不同波长全息图数字再现像的像元所表示的几何尺寸会因波长不同而不同,从而导致各波长再现像无法重合的情况进行了讨论.通过理论分析,讨论了不同波长全息图像素数与再现像像元之间的关系、不同波长全息图记录距离与再现像像元之间的关系,据此得出的解决不同波长再现像重合问题的方法及其对再现像的影响和适用范围等问题；并对合成再现像中原始色彩信息改变及其解决办法进行了分析.通过无透镜傅里叶变换数字全息方法,以632.8 nm和532.0 nm两种波长的激光为光源,用单色CCD进行记录,验证了方法的可行性.     

Design of the spatial filter window for digital holographic convolution reconstruction of object beam field

In the convolution reconstruction process of digital holographic object beam field, the object beam fields with different magnifications can be obtained when the reconstructing beams are spherical waves with different wave curvature radii. This paper presents a theoretical and experimental discussion on the useful spatial frequency spectrum of the hologram numerically illuminated by the spherical wave. The result shows that there would be an image in the spatial frequency spectrum of digital hologram, which is completely the same as the object, if the wave surface radius of the spherical wave is equal to the distance from the object to the CCD sensor. Taking this image as a reference and designing a filter, the position of the reconstructed images with different magnifications can be predicted correctly in the reconstructed plane. Additionally, since the spectrum distribution of zero-order diffraction can be forecasted accurately in theory, its contribution can be effectively eliminated through changing the spatial filter shape; then a reconstructed object field containing more high-frequency information can be obtained.     

数字图象清晰度评价函数研究

分析了梯度函数、频谱函数和熵函数在自动对焦技术中的作用,并研究了评价函数的性能.实验表明,梯度函数具有运算速度快的优点,适用于需要实时成象的场合;而频谱函数具有灵敏度高、曲线尖锐的特点,能够满足高精度的要求.     

基于偏振信息的遥感图像大气散射校正

大气散射严重影响了航空遥感图像的质量。为了提高航空遥感图像的识别能力,提出一种基于偏振信息的航空遥感图像大气散射校正方法。大气散射具有显著的偏振特性,而对于垂直探测的地物辐射信号偏振度非常低,该方法正是利用大气散射偏振特性与地物目标偏振特性的差别,从图像中提取地物目标辐射信息,从而提高遥感图像的质量。通过机载多波段偏振CCD相机获取航空偏振遥感图像数据,并采用一组443 nm波段的航空偏振图像数据进行图像大气散射校正实验,实验结果表明该方法能有效地进行航空遥感图像的大气散射校正,从而提高了航空遥感图像的识别能力。